镰状细胞病最常见的并发症之一是变形的红细胞聚集在一起，阻塞了细小的血管，并在受影响的身体部位引起严重的疼痛和肿胀，这是镰状细胞疾病最常见的并发症之一。
麻省理工学院的一项新研究揭示了这些事件（称为血管闭塞性疼痛危机）是如何产生的。这些发现也代表了朝着能够预测何时可能发生这种危机的方向迈出的一步。
这些痛苦的危机非常难以预测。从某种意义上讲，我们理解了它们为什么会发生，但我们尚无法预测它们。麻省理工学院材料科学与工程系首席研究科学家，该研究的资深作者之一明道说。 。
研究人员发现，这些痛苦的事件最有可能是由未成熟的红细胞（称为网织红细胞）产生的，这种红细胞更容易粘在血管壁上。
新加坡南洋理工大学校长，前麻省理工学院工程系主任，范纳瓦尔·布什教授，工程系名誉教授Subra Suresh也是该研究的资深作者，该研究将于9月3日当周在美国国家科学院院刊上发表。 。该论文的主要作者是麻省理工学院的博士后Dimitrios Papageorgiou和前博士后Sabia Abidi。
V1：在缺氧（低氧）和剪切流作用下，不同类型的镰状细胞粘附在微通道表面，包括：i）镰状网状细胞（年轻的红细胞）：a，b； ii）镰状成熟红细胞：d，g，h，i，f； iii）不可逆镰刀状细胞：m。 （
模拟血流
镰状细胞病患者在编码血红蛋白的基因中有一个单一突变，血红蛋白是一种允许红细胞携带氧气的蛋白质。这会产生畸形的红细胞：细胞不是镰刀状，而是镰刀状，特别是在低氧条件下。患者常会因贫血而无法正常携带血红蛋白，以及通常通过阿片类药物或其他药物治疗的血管闭塞性疼痛危机而患上贫血。
为了探究红细胞如何与血管相互作用以引发血管闭塞性危机，研究人员建立了一个专门的微流系统，该系统模仿毛细血管后血管，该血管将脱氧的血液从毛细血管中带走。这些血管的直径约为10-20微米，是最有可能发生血管阻塞的地方。
V2：剩下：在镰刀状网状细胞（年轻的红血球）的低氧下同时粘附和聚合，显示多个镰刀状血红蛋白纤维从细胞体积中生长出来；对：缺氧-复氧循环后相同的粘附镰刀网状细胞，显示聚合的血红蛋白纤维溶解/收缩和残留粘附位点。(
微流控系统旨在让研究人员控制氧气水平。他们发现，当氧气非常低或处于缺氧状态下时（类似于毛细血管后血管中的情况），镰刀状红细胞粘在血管壁上的可能性是正常氧气水平下的2至4倍。
当氧气不足时，镰状细胞内的血红蛋白会形成坚硬的纤维，这些纤维会生长并将细胞膜向外推。这些纤维还帮助细胞更牢固地粘附在血管壁上。
Suresh说：“对于在缺氧情况下为什么会有更多粘连的原因，人们几乎一无所知。”“这项研究的实验提供了对增加粘附力的过程和机制的一些重要见解。”
研究人员还发现，在患有镰状细胞疾病的患者中，称为网状细胞的未成熟红细胞最有可能粘附在血管上。这些刚从骨髓中释放出来的镰状红细胞比成熟的红细胞具有更多的细胞膜表面积，从而使它们能够形成更多的粘附位点。
“我们观察到镰状血红蛋白纤维在数分钟内伸展了网状细胞的生长，” Papageorgiou说。“看来他们正试图抓住更多的表面并更牢固地附着。”
剩下：低氧下不可逆镰刀状细胞的同时粘附和聚合，该细胞粘附于表面并围绕粘附部位翻转，与流动方向一致；对：剪切流下不可逆镰状细胞粘附的计算机模拟，其中的绿点表示表面上粘附部位的阵列。(
患者预测
现在，研究人员希望设计出一个更完整的血管闭塞模型，将他们在黏附方面的新发现与以前的工作相结合，在以前的工作中，他们测量了镰状细胞患者的血细胞变硬需要多长时间，从而使他们更有可能阻塞血液循环。小血管。并非所有患有镰状细胞疾病的患者都会经历血管闭塞，并且发作的频率在患者之间可能差异很大。麻省理工学院的研究人员希望他们的发现可以帮助他们设计出一种方法来预测个体患者的这些危机。
“血细胞粘附确实是一个非常复杂的过程，我们必须基于此类微流体实验开发新的模型。这些缺氧条件下镰状红细胞的粘附实验和相应的模拟是定量且独特的。”布朗大学应用数学教授，该研究的资深作者乔治·卡尼亚达基斯（George Karniadakis）说。
牛津大学工程科学副教授安托万·耶路撒冷（Antoine Jerusalem）说：“过去十年来，Dao和Suresh在镰状细胞疾病方面所做的工作非常出色。”“本文特别结合了数值和实验的最新技术，以增强对缺氧条件下这些细胞的聚合和粘附的理解，这是阐明镰状细胞疾病中血管闭塞如何发生的重要一步。”
该研究由美国国立卫生研究院资助。
